Plánování trajektorií v prostředí s překážkami pro agilní bezpilotní letouny

Abstract

Tento článek se věnuje problému plánování trajektorie pro manévrování bezpilotních letadel (UAV) v nepřehledném trojrozměrném prostředí. Cílem je sestrojit bezpečné a časově minimální trajektorie s ohledem na omezení dynamiky pohybu. Za tímto účelem byl implementován přístup kombinující dva nejmodernější algoritmy: Topologický PRM se shlukováním (CTopPRM), který umožňuje nalézt několik homotopicky odlišných drah, a metodu časové minimalizace, která poskytuje časově optimální trajektorii. Kromě toho je navržen systém pro vyhodnocování a výběr cesty založený na metrikách délky a ostrosti zatáček a je implementována kontrola kolizí trajektorií s případným postupem lokálního přeplánování.

This paper is devoted to the problem of trajectory planning for maneuvering unmanned aerial vehicles (UAVs) in cluttered three-dimensional environments. The goal is to construct safe and time-minimal trajectories subject to constraints on the dynamics of motion. For this purpose, an approach combining two state-of-the-art algorithms has been implemented: Clustering Topological PRM (CTopPRM), which allows finding several homotopically different paths, and the time minimization method, which provides a time-optimal trajectory. Additionally, a system for path evaluation and selection based on metrics of length and sharpness of turns is proposed, and collision checking of trajectories with a local replanning procedure if necessary is implemented.